1、南京拓微集成电路有限公司 TP4056 1 南京拓微集成电路有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 数据手册 DATASHEET TP4056 (1A线性锂离子电池充电器) 2 应用 移动电话、PDA MP3、MP4播放器 数码相机 电子词典 GPS 便携式设备、各种充电器 描述 TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8/MSOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。 由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部
2、隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。 当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，TP4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。TP4056在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至55uA。TP4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。 特点 高达1000mA的可编程充电电流 无需MOSFET、检测电阻器
3、或隔离二极管 用于单节锂离子电池、采用SOP封装的完整线性充电器 恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热危险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能 精度达到1%的4.2V预设充电电压 用于电池电量检测的充电电流监控器输出 自动再充电 充电状态双输出、无电池和故障状态显示 C/10充电终止 待机模式下的供电电流为55uA 2.9V涓流充电器件版本 软启动限制了浪涌电流 电池温度监测功能 采用8引脚SOP-PP/MSP-PP封装。 完整的充电循环（1000mAh电池） 绝对最大额定值 输入电源电压（VCC）：-0.3V8V PROG：-0.3VVCC+0.3V BAT：-0.3V7V ：-0.3
4、V10V ：-0.3V10V TEMP：-0.3V10V CE：-0.3V10V BAT 短路持续时间：连续 BAT 引脚电流：1200mA PROG引脚电流：1200uA 最大结温：145 工作环境温度范围：-4085 贮存温度范围：-65125 引脚温度（焊接时间10秒）：260 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 3 典型应用 封装/订购信息 订单型号 TP4056-42-SOP8-PP 器件标记 TP4056 实物图片 8引脚SOP封装(底部带有散热片) 订单型号 TP4056-42-MSOP8-PP 器件标记 TP4056 实物图片 8引脚MSOP封装(底部带有散热片) 南京拓微
5、集成电路有限公司 TP4056 4 电特性 凡表注表示该指标适合整个工作温度范围，否则仅指TA=25，VCC=5V，除非特别注明。 符号 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VCC 输入电源电压 4.0 5 8.0 V ICC 输入电源电流 充电模式，RPROG=1.2K 待机模式（充电终止） 停机模式（RPROG未连接，VCCVHIGH ，则表示电池的温度太高或者太低，充电过程将被暂停；如果 TEMP 管脚的电压VTEMP在VLOW 和VHIGH之间，充电周期则继续。 如果将TEMP管脚接到地线，电池温度监测功能将被禁止。 确定R1和R2的值 R1和R2的值要根据电池的温度监测范围和热
6、敏电阻的电阻值来确定，现举例说明如下： 假设设定的电池温度范围为TLTH，（其中TLTH)；电池中使用的是负温度系数的热敏电阻（NTC），RTL为其在温度TL时的阻值，RTH为其在温度TH时的阻值，则RTLRTH，那么，在温度TL时，第一管脚TEMP端的电压为： 212TLTEMPLTLRRVVINRRR=+ 在温度TH时，第一管脚TEMP端的电压为： 212THTEMPHTHRRVVINRRR=+ 然后，由VTEMPLVHIGHk2Vcc (k2=0.8) VTEMPHVLOWk1Vcc (k1=0.45) 则可解得： 211221112212()1()()2()()TLTHTLTHTLTH
7、TLTHRRKKRRRKKRRKKRRKKKRKKK=同理，如果电池内部是正温度系数（PTC）的热敏电阻，则，我们可以计算得到： 211221112212()1()()2()()TLTHTHTLTLTHTHTLRRKKRRRKKRRKKRRKKKRKKK=从上面的推导中可以看出，待设定的温度范围与电源电压Vcc是无关的，仅与R1、R2、RTH、RTL有关；其中，RTH、RTL可通过查阅相关的电池手册或通过实验测试得到。 在实际应用中，若只关注某一端的温度特性，比如过热保护，则 R2 可以不用，而只用R1即可。R1的推导也变得简单，在此不再赘述。 欠压闭锁 一个内部欠压闭锁电路对输入电压进行监控
8、，并在 Vcc 升至欠压闭锁门限以上之前使充电器保持在停机模式。UVLO 电路将使充电器保持在停机模式。如果UVLO比较器发生跳变，则在Vcc升至比电池电压高100mV之前充电器将不会退出停机模式。 手动停机 在充电循环中的任何时刻都能通过置 CE端为低电位或去掉RPROG（从而使PROG引脚浮置）来把TP4056置于停机模式。这使得电池漏电流降至 2A 以下，且电源电流降至 55A以下。重新将CE端置为高电位或连接设定电阻器可启动一个新的充电循环。 如果TP4056处于欠压闭锁模式，则CHRG和 引脚呈高阻抗状态：要么Vcc高出BAT引脚电压的幅度不足100mV，要么施加在Vcc引脚上的电压
9、不足。 自动再启动 一旦充电循环被终止，TP4056立即采用一个具有 1.8ms 滤波时间（ RECHARGEt ）的比较器来对 BAT 引脚上的电压进行连续监控。当电池电压降至 4.05V（大致对应于电池容量的 80至 90）以下时，充电循环重新开始。这确保了电池被维持在（或接近）一个满充电状态，并免除了进行周期性充电循环启动的需要。在再充电循环过程中，CHRG引脚输出进入一个强下拉状态。 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 10 图1：一个典型充电循环的状态图 稳定性的考虑 在恒定电流模式中，位于反馈环路中的是PROG引脚，而不是电池。恒定电流模式的稳定性受PROG引脚阻抗的影响。当P
10、ROG引脚上没有附加电容会减小设定电阻器的最大容许阻值。PROG引脚上的极点频率应保持在CPROG，则可采用下式来计算RPROG的最大电阻值： PROGPROG CR 51021p 对用户来说，他们更感兴趣的可能是充电电流，而不是瞬态电流。例如，如果一个运行在低电流模式的开关电源与电池并联，则从BAT 引脚流出的平均电流通常比瞬态电流脉冲更加重要。在这种场合，可在 PROG 引脚上采用一个简单的 RC 滤波器来测量平均的电池电流（如图2所示）。在PROG引脚和滤波电容器之间增设了一个10k电阻器以确保稳定性。 图2：隔离PROG引脚上的容性负载 和滤波电路 功率损耗 TP4056因热反馈的缘故
11、而减小充电电流的条件可通过IC中的功率损耗来估算。这种功率损耗几乎全部都是由内部MOSFET产生的这可由下式近似求出： BATBATCCD IVVP = )( 式中的PD为耗散的功率，VCC为输入电源电压，VBAT为电池电压，IBAT为充电电流。当热反馈开始对IC提供保护时，环境温度近似为： 145ADJATCPq= 145()C BATBATJATCVVIq= 实例：通过编程使一个从5V 电源获得工作电源的TP4056向一个具有3.75V电压的放电锂离子电池提供 800mA 满幅度电流。假设 JAq 为150/W（请参见电路板布局的考虑），当TP4056开始减小充电电流时，环境温度近似为：
12、145(53.75)(800)150/ATCVVmACW=1450.5150/14575ATCWCWCC=65ATC= TP4056可在65以上的环境温度条件下使用，但充电电流将被降至800mA以下。对于一个给定的环境温度，充电电流可有下式近似求出： 145()ABATC BATJACTIVV q= 正如工作原理部分所讨论的那样，当热反馈使充电电流减小时，PROG引脚上的电压也将成比例地减小。 切记不需要在 TP4056 应用设计中考虑最坏的热条件，这一点很重要，因为该IC将在结温达到145左右时自动降低功耗。 热考虑 由于 SOP8/MSOP8 封装的外形尺寸很小，因此，需要采用一个热设计精
13、良的PC板布局以南京拓微集成电路有限公司 TP4056 11 最大幅度地增加可使用的充电电流，这一点非常重要。用于耗散IC所产生的热量的散热通路从芯片至引线框架，并通过底部的散热片到达PC板铜面。PC板铜面为散热器。散热片相连的铜箔面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大的铜面积，以便将热量散播到周围环境中。至内部或背部铜电路层的通孔在改善充电器的总体热性能方面也是颇有用处的。当进行PC板布局设计时，电路板上与充电器无关的其他热源也是必须予以考虑的，因为它们将对总体温升和最大充电电流有所影响。 增加热调节电流 降低内部MOSFET两端的压降能够显著减少IC中的功耗。在热调节期间，这具有增加输送至电
14、池的电流的作用。对策之一是通过一个外部元件（例如一个电阻器或二极管）将一部分功率耗散掉。 实例：通过编程使一个从5V交流适配器获得工作电源的TP4056向一个具有3.75V电压的放电锂离子电池设置为 800mA 的满幅充电电流。假设 JAq 为125/W，则在25的环境温度条件下，充电电流近似为： 14525 768(53.75)125/BATCCImAVVCW= 通过降低一个与 5V 交流适配器串联的电阻器两端的电压（如图3所示），可减少片上功耗，从而增大热调整的充电电流： 14525()BAT SBATC BATJACCIVIRV q= 图3：一种尽量增大热调节模式充节电流的电路 利用二次
15、方程可求出 2BATI 。 2 4(145)()()2CCASBATSBATJABATCCRCTVVVVI R q=取RCC=0.25、VS=5V、VBAT=3.75V、TA=25且 /W亷125JA =q ，我们可以计算出热调整的充电电流：IBAT948mA,结果说明该结构可以在更高的环境温度下输出800MA 满幅充电. 虽然这种应用可以在热调整模式中向电池输送更多的能量并缩短充电时间，但在电压模式中，如果VCC变得足够低而使TP4056处于低压降状态，则它实际上有可能延长充电时间。图 4 示出了该电路是如何随着 RCC的变大而导致电压下降的。 当为了保持较小的元件尺寸并避免发生压降而使 R
16、CC 值最小化时，该技术能起到最佳的作用。请牢记选择一个具有足够功率处理能力的电阻器。 VCC旁路电容器 输入旁路可以使用多种类型的电容器。然而，在采用多层陶瓷电容器时必须谨慎。由于有些类型的陶瓷电容器具有自谐振和高 Q 值的特点，因此，在某些启动条件下（比如将充电器输入与一个工作中的电源相连）有可能产生高的电压瞬态信号。增加一个与 X5R 陶瓷电容器串联的 1.5电阻器将最大限度地减小启动电压瞬态信号。 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 12 充电电流软启动 TP4056 包括一个用于在充电循环开始时最大限度地减小涌入电流的软启动电路。当一个充电循环被启动时，充电电流将在 20s 左右
17、的时间里从 0 上升至满幅全标度值。在启动过程中，这能够起到最大限度地减小电源上的瞬变电流负载的作用。 图5:低损耗输入反向极性保护 USB和交流适配器电源 TP4056允许从一个交流适配器或一个USB端口进行充电。图 6 示出了如何将交流适配器与 USB 电源输入加以组合的一个实例。一个 P沟道 MOSFET（MP1）被用于防止交流适配器接入时信号反向传入USB端口，而一个肖特基二极管（ D1）则被用于防止USB功率在经过1K下拉电阻器时产生损耗。 一般来说，交流适配器能够提供比电流限值为500mA的USB端口大得多的电流。因此，当交流适配器接入时，可采用一个 N 沟道MOSFET（MN1）
18、和一个附加的 10K 设定电阻器来把充电电流增加至600mA。 图6：交流适配器与USB电源的组合 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 13 封装描述 8引脚SOP-PP封装（单位mm） 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 14 8引脚MSOP-PP封装（单位mm） 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 15 典型应用 适合需要电池温度检测功能，电池温度异常指示 和充电状态指示的应用 适合需要充电状态指示，不需要 适合既不需要充电状态指示，也不需要 电池温度监测功能的应用 电池温度监测功能的应用 适合同时应用USB接口和墙上适配器充电 充电状态用红色LED指示，充电结束状态 用绿色L
19、ED指示，增加热耗散功率电阻 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 16 TP4056使用注意事项及 DEMO板说明书 一、TP4056使用注意事项： 1、TP4056采用SOP8/MSOP8-PP封装，使用中需将底部散热片与PCB板焊接良好，底部散热区域需要加通孔,并有大面积铜箔散热为优。多层 PCB 加充分过孔对散热有良好的效果，散热效果不佳可能引起充电电流受温度保护而减小。在SOP8/MSOP8 背面散热部分加适当的过孔,也方便了手工焊接，(可以从背面过孔处灌焊锡,将散热面可靠焊接)。 2、TP4056 应用在大电流充电（700mA 以上），为了缩短充电时间，需增加热耗散电阻（如下图R
20、11、R12），阻值范围0.20.5。客户根据使用情况选取合适电阻大小。 3、TP4056应用中BAT 端的 10u电容位置以靠近芯片BAT 端为优，不宜过远。 4、TP4056测试中，BAT 端应直接连接电池，不可串联电流表，电流表可接在Vcc端。 5、为保证各种情况下可靠使用，防止尖峰和毛刺电压引起的芯片损坏，建议在BAT 端和电源输入端各接一个0.1u 的陶瓷电容，而且在布线时十分靠近TP4056芯片。 二、TP4056 DEMO板电路图 三、功能演示说明：（工作环境：电源电压5V，环境温度25。） 1、设置充电电流。(用户可以调节电位器选择需要的充电电流) 闭合KPR1k, RPROG
21、=1k 1300mA 闭合KPR1.2k, RPROG=1.2k 1000mA 闭合KPR2k, RPROG=2k 600mA 闭合KPR10k, RPROG=10k 130mA 闭合KPR103, RPROG=0.82k10.5k 120mA1300mA 2、设置指示灯，红绿双灯指示： 充电状态 指示灯状态 正在充电状态 红灯亮，绿灯灭 电池充满状态 红灯灭，绿灯亮 欠压，电池温度过高，过低，无电池等故障状态(TEMP端正常连接) 红灯灭，绿灯灭 BAT端接10u电容，无电池(TEMP端接地) 绿灯亮，红灯闪烁 南京拓微集成电路有限公司 TP4056 17 3、模拟充电状态 闭合KPR10k
22、, KBAT-C, KBAT-R，KT-GND BAT 端连接一电容C2和一电阻R6代替锂电池，模拟正在充电状态：红灯亮，绿灯灭。 说明：此状态模拟仅限电源电压小于等于5V，大于5V时请用锂电池实际测试。 闭合KPR10k, KBAT-C，KT-GND BAT 端连接一电容C2代替锂电池，模拟充电完成状态：绿灯亮，红灯闪烁。 说明：由于使用 10uF 的电容 C2 代替锂电池模拟充满状态，电容充满后缓慢放电，当电容电压变低至再充电门限电压4.05V时，自动再次充电，则可看见红灯周期性闪烁。 4、模拟充电末端BAT 端电压 闭合KPR10k, KBAT-C, KBAT-R，KT-GND 测量BA
23、T 端电压。即为充电结束时电压4.2V 1.5。 5、如客户需要监测电池温度，断开KT-GND，连接TP4056的TEMP端(1脚，已预留连接孔)至锂电池温度监测端，客户根据实际情况自定 R9,R10 大小并安装。如不需要此项功能，闭合KT-GND即可。 6、CE始能端。闭合开关KCE-GND，CE端下拉至低电平，芯片停止充电；打开KCE-GND，芯片正常充电。 7、有的客户在应用中 BAT 端无锂电池时不希望红色指示灯闪烁，闭合 KBATUP，将 BAT端用 100k电阻连接至Vdd，绿灯亮，可用于指示待机状态，不影响正常充电使用。 8、锂电池充电 将锂电池正极连接至芯片BAT 端，负极接地。需要温度监测功能请连接TEMP端(1脚)，否则闭合KT-GND。设置需要的充电电流和指示灯，断开KBATR，KCE-GND，即可开始充电。 http:/数码之家 - 拆机/DIY/量产/维修/技术交流社区http:/下载频道 电路图/说明书/量产工具/维修手册
